Глава 7. Перспективные разработки в электроэнергетике


7 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ глава В ЭлектроэнергЕТИКЕ

РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ



Сверхпроводящее электрооборудование позволит резко увеличить электрические и магнитные нагрузки в элементах устройств и благодаря этому резко сократить их размеры. Создание криогенных электрических машин – не дань моде, а необходимость, естественное следствие научно-технического прогресса. Есть все основания утверждать, что в ближайшее время сверхпроводящие турбогенераторы мощностью более 1000 МВт будут работать в энергосистемах.
При достаточно больших мощностях сверхпроводящие трансформаторы будут легче обычных на 4050 % при примерно одинаковых с обычными трансформаторами потерях мощности. Все возрастающая потребность в электроэнергии делает очень привлекательной передачу большой мощности на большие расстояния, которая может быть осуществлена при помощи сверхпроводящих линий электропередачи. Отечественные ученые убедительно показали перспективность сверхпроводящих линий электропередачи. Стоимость таких линий будет сопоставима со стоимостью обычных воздушных линий передачи электроэнергии и ниже стоимости кабельных линий.




Цель главы – рассмотреть перспективные разработки в электроэнергетике и возможности их применения в современных электроэнергетических системах.






ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Основные направления перспективных разработок в электроэнергетике.
Конструктивные особенности криогенных турбогенераторов.
Уровень мощностей перспективных криогенных турбогенераторов.
Конструктивные особенности сверхпроводящих трансформаторов.
Преимущества и недостатки сверхпроводящих трансформаторов.
Конструктивные особенности сверхпроводящих линий электропередачи.
Преимущества и недостатки сверхпроводящих линий электропередачи .

7.1. РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

Одним из основных направлений развития науки намечены теоретические и экспериментальные исследования в области сверхпроводящих материалов и на их основе разработка сверхпроводниковых турбогенераторов.
Сверхпроводящее электрооборудование позволит резко увеличить электрические и магнитные нагрузки в элементах устройств и благодаря этому резко сократить их размеры. В сверхпроводящем проводе допустима плотность тока, в 10...50 раз превышающая плотность тока в обычном электрооборудовании. Магнитные поля можно будет довести до значений порядка 10 Тл, по сравнению с 0,8...1 Тл в обычных машинах. Если учесть, что размеры электротехнических устройств обратно пропорциональны произведению допустимой плотности тока на индукцию магнитного поля, то ясно, что применение сверхпроводников уменьшит размеры и массу электрооборудования во много раз!
По мнению одного из конструкторов системы охлаждения новых типов криогенных турбогенераторов советского ученого И.Ф. Филиппова, есть основание считать задачу создания экономичных криотурбогенераторов со сверхпроводниками решенной. Предварительные расчеты и исследования позволяют надеяться, что не только размеры и масса, но и КПД новых машин будут выше, чем у самых совершенных генераторов традиционной конструкции.
Это мнение разделяют академик И.А. Глебов, доктора технических наук В.Г. Новицкий и В.Н. Шахтарин руководители работ по созданию нового сверхпроводникового турбогенератора серии КТГ1000, испытанного ещё летом 1975 г.
Последовавшие затем результаты испытаний криогенного турбогенератора КТ22, позволили приступить к постройке сверхпроводникового агрегата значительно большей мощности. Вот некоторые данные сверхпроводникового турбогенератора мощностью 1200 кВт, разработанного во ВНИИЭЛЕКТРОМАШ. Сверхпроводящая обмотка возбуждения выполнена из провода диаметром 0,7 мм с 37 сверхпроводящими жилами из ниобийтитана в медной матрице. Центробежные и электродинамические усилия в обмотке воспринимаются бандажом из нержавеющей стали. Между наружной толстостенной оболочкой из нержавеющей стали и бандажом размещен медный электротермический экран, охлаждаемый потоком проходящего в канале холодного газообразного гелия, возвращаемого затем в ожижитель.
В перспективе создание машины мощностью 1300 МВт, которая будет иметь длину около 10 м при массе 280 т, в то время как аналогичная по мощности машина обычного исполнения имеет длину 20 м при массе 700 т! Наконец, обычную машину мощностью более 2000 МВт создать трудно, а при использовании сверхпроводников можно реально достичь единичной мощности 20 000 МВт!
Создание криогенных электрических машин – не дань моде, а необходимость, естественное следствие научно-технического прогресса. И есть все основания утверждать, что в ближайшее время сверхпроводящие турбогенераторы мощностью более 1000 МВт будут работать в энергосистемах.

7.2. РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Имеются проекты сверхпроводящих трансформаторов на мощность до 1 млн. кВт. При достаточно больших мощностях сверхпроводящие трансформаторы будут легче обычных на 4050 % при примерно одинаковых с обычными трансформаторами потерях мощности (в этих расчетах учитывалась и мощность ожижителя).
У сверхпроводящих трансформаторов, однако, есть и существенные недостатки. Они связаны с необходимостью защиты трансформатора от выхода его из сверхпроводящего состояния при перегрузках, коротких замыканиях, перегревах, когда магнитное поле, ток или температура могут достичь критических значений.


7.3. РАЗРАБОТКА СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

В последние годы становится все более близкой к осуществлению мечта о сверхпроводящих линиях электропередачи. Все возрастающая потребность в электроэнергии делает очень привлекательной передачу большой мощности на большие расстояния. Отечественные ученые убедительно показали перспективность сверхпроводящих линий передачи. Стоимость линий будет сопоставима со стоимостью обычных воздушных линий передачи электроэнергии (стоимость сверхпроводника, если учесть высокое значение критической плотности его тока по сравнению с экономически целесообразной плотностью тока в медных или алюминиевых проводах, невелика) и ниже стоимости кабельных линий.
Осуществлять сверхпроводниковые линии электропередачи предлагается следующим образом: между конечными пунктами передачи в земле прокладывается трубопровод с жидким азотом. Внутри этого трубопровода располагается трубопровод с жидким гелием. Гелий и азот протекают по трубопроводам вследствие создания между исходным и конечным пунктами разности давлений. Таким образом, ожижительно – насосные станции будут лишь на концах линии электропередач (см. рис.7.1).


Рис. 7.1. Вариант сверхпроводящей линии

Жидкий азот можно использовать одновременно и в качестве диэлектрика. Гелиевый трубопровод поддерживается внутри азотного диэлектрическими стойками. Гелиевый трубопровод имеет вакуумную изоляцию. Внутренняя поверхность трубопровода жидкого гелия покрыта слоем сверхпроводника. Потери в такой линии с учетом неизбежных потерь на концах линии, где сверхпроводник должен стыковаться с шинами при обычной температуре, не превысят нескольких долей процента, а в обычных линиях электропередачи потери в 5...10 раз больше!
Силами ученых Энергетического института имени Г.М. Кржижановского и Всероссийского научноисследовательского института кабельной промышленности уже создана серия опытных отрезков сверхпроводящих кабелей переменного и постоянного тока, которые смогут передавать мощности тысячи мегаватт при КПД более 99% при умеренной стоимости и относительно невысоком (110...220 кВ) напряжении. Может быть, еще более важно, что сверхпроводящие линии электропередачи не будут нуждаться в дорогостоящих устройствах компенсации реактивной мощности. Обычные линии требуют установки токовых реакторов, мощных конденсаторов, чтобы нивелировать чрезмерные потери напряжения вдоль трассы, а линии на сверхпроводниках в состоянии себя самокомпенсировать!








13PAGE 15


13PAGE 1411015




Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 6673891
    Размер файла: 151 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий